目前普遍使用的物理靶面大多，如圖1所示,，物理靶面由靶心和以靶心中心為圓心的一系列環(huán)線等組成,。作為基準(zhǔn)，靶面圖像中環(huán)線的識(shí)別和處理直接影響到報(bào)靶精度,。在報(bào)靶精度要求不高的情況下,，一般將圖像中靶環(huán)作為標(biāo)準(zhǔn)的圓來(lái)處理。在實(shí)際中,，由于靶面與光學(xué)系統(tǒng)的不垂直及光學(xué)系統(tǒng)的畸變,，圖像會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的畸變，其結(jié)果是圖像中的環(huán)線并非正圓,，所以由上述方法算得到的結(jié)果存在較大的誤差,。因此環(huán)形靶面由于其固有缺陷，使報(bào)靶精度受到較大影響,。
在條件允許的情況下,，如果對(duì)物理靶面進(jìn)行改造，或者根據(jù)實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)物理靶面,，往往能夠得到更高的報(bào)靶精度,。文中提出了一種基于點(diǎn)控制的自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用標(biāo)識(shí)點(diǎn)作為控制點(diǎn),，其相對(duì)靶面中心的位置已知,，這些點(diǎn)具有已知半徑，降低了識(shí)別難度,，一般的噪聲不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生嚴(yán)重影響。采用簡(jiǎn)單的閾值就可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)的分割,，大大減小了圖像預(yù)處理工作,，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。針對(duì)點(diǎn)控制,，文中提出了采用距離加權(quán)平均法來(lái)計(jì)算靶數(shù),，避免了圖像的幾何矯正工作，同時(shí)保證了報(bào)靶精度,，系統(tǒng)的通用性也大大增強(qiáng),。
1 靶面設(shè)計(jì)及系統(tǒng)工作原理
相對(duì)于傳統(tǒng)方法，基于點(diǎn)控制的自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)的物理靶面只是在普通靶上增加了一些點(diǎn),，這些點(diǎn)以環(huán)線上的點(diǎn)為圓心,，那么，從靶心中心點(diǎn)到這些控制點(diǎn)中心的距離就是該控制點(diǎn)所在靶環(huán)的半徑,。每個(gè)環(huán)線上平均分布著若干個(gè)點(diǎn),，圓環(huán)半徑越小,，圓環(huán)上的控制點(diǎn)相對(duì)也越密集，計(jì)算精度也相對(duì)越高,。圖2給出了用控制點(diǎn)對(duì)環(huán)線進(jìn)行12等分的靶面示意圖,。
系統(tǒng)主要分兩步來(lái)完成報(bào)靶工作。首先,，在射擊前完成對(duì)靶面背景圖像的采集和處理,。通過(guò)閾值將各控制點(diǎn)從背景圖像中分割出來(lái)，由于控制點(diǎn)半徑相對(duì)很小,，圖像畸變對(duì)其影響很小,，可以采用各控制點(diǎn)的重心作為其中心坐標(biāo)，然后再?gòu)倪@些點(diǎn)中確認(rèn)出靶心中心,。其次,，射擊完畢后，采集靶面圖像,，將采集到的圖像和背景圖像進(jìn)行差處理,，獲取彈孔圖像，求取彈孔最內(nèi)側(cè)點(diǎn)相對(duì)靶心的距離R’,，根據(jù)圖像比例關(guān)系,，計(jì)算物理靶面上彈孔距離靶心的實(shí)際距離R，靶面上的最大的環(huán)線半徑已知,，根據(jù)下式計(jì)算靶數(shù)
2 關(guān)鍵算法
2．1 靶心的求取
在諸多控制點(diǎn)中確認(rèn)出靶心是后續(xù)工作的基礎(chǔ),，為了工作的簡(jiǎn)便，可以對(duì)靶心進(jìn)行特殊處理(比如尺寸不同等),。為了使系統(tǒng)更具一般性和普遍性,，通過(guò)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)：對(duì)每一個(gè)點(diǎn)求取其到其它所有控制點(diǎn)的距離和，其中和最小的這個(gè)點(diǎn)即為靶心,，下面給出理論依據(jù),。
將環(huán)線12等分，設(shè)為D1中心o到小圓a上各點(diǎn)距離平方和,。如圖3(a)所示,，a1、a2,、……,、a12分別為分布在小圓上的12個(gè)控制點(diǎn)，小圓半徑記為r,，則
設(shè)D2為中心o到大圓b上各點(diǎn)距離平方和,，如圖3(b)所示，b1,、b2,、……,、b12分別為分布在小圓b上的12個(gè)控制點(diǎn)，大圓半徑記為R,，則
在小圓a上任取一點(diǎn),，不妨取a1點(diǎn)，a1點(diǎn)到小圓其它各點(diǎn)以及到中心o的距離和設(shè)為D3,，則
b1點(diǎn)到小圓上各點(diǎn)距離之和設(shè)為D’4則
由式(6)和式(9)可知,，靶心到其它各點(diǎn)的距離之和相比其它各點(diǎn)到其它點(diǎn)的距離之和要小。
2．2 彈孔到靶心距離R的確定
由式(1)可以看出,，R的計(jì)算精度唯一而直接地影響著報(bào)靶精度,，針對(duì)點(diǎn)控制，提出了采用距離加權(quán)平均法來(lái)計(jì)算R,。已知靶面上有n個(gè)控制點(diǎn),，適當(dāng)選取其中距離彈孔眠最近的m個(gè)點(diǎn)作為控制點(diǎn)，分別記為M1,、M2,、…、Mm,。物理靶面上這些點(diǎn)到靶心中心的距離分別為R1,，R2，…,，Rm,；像面上M0到這些點(diǎn)的距離分別為r1、r2,、…,、rm，把1／ri(i=1,，2,，…，m)作為權(quán)重,，采用加權(quán)平均的方法求取M0到中心基準(zhǔn)點(diǎn)o的距離R，則
以m為例,，如圖4所示,，假設(shè)M1、M2,、M3和M4分別為最靠近彈孔M0的4個(gè)點(diǎn),，o為中心基準(zhǔn)點(diǎn)，o到M1,、M2,、M3和的距離為R1,、R2、R3和R4,，則
很好地反映實(shí)際情況,。
3 精度檢測(cè)
為了便于檢測(cè)，這里采用激光光斑模擬彈孔,。檢測(cè)設(shè)備布置,，如圖5所示，準(zhǔn)直激光光束經(jīng)過(guò)加裝在高精度電子經(jīng)緯儀目鏡上的平面反射鏡反射后,，在靶面上形成一光斑,。調(diào)節(jié)電子經(jīng)緯儀，使得激光光束垂直于靶面,，光斑和靶心基本重合,，經(jīng)緯儀讀數(shù)為(α，β),，把這個(gè)點(diǎn)記為T(mén)1,；調(diào)節(jié)經(jīng)緯儀，激光光束轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度,，經(jīng)緯儀讀數(shù)為(α’,，β’)，此時(shí)的光斑記作T2,，這時(shí)激光光束轉(zhuǎn)過(guò)的角度為(2(α’一α),，2(β’一β))。假設(shè)經(jīng)緯儀到靶面的距離為l,，則光斑在物理靶面上的位移△x可以通過(guò)下式計(jì)算得到
假設(shè)T1和T2圖像上的中心為T(mén)’1和T’2,，靶心為T(mén)，將T’1和T’2進(jìn)行統(tǒng)一的坐標(biāo)平移,，平移后T’1和T重合,。此時(shí)，T1可以看作靶心位置,，T’2可以看作彈孔的位置,，由本系統(tǒng)計(jì)算出T’2到T’1的距離△x’，即彈孔到靶心的距離R,。令△=△x’-△x,，則△的值就是測(cè)試的誤差。
以上系統(tǒng)精度檢測(cè)時(shí),，靶面距離電子經(jīng)緯儀的距離l=3 880 mm,，相機(jī)距幕靶板距離為1 550 mm。
從表1中的數(shù)據(jù)可以看出,，從ccD相機(jī)到軟件處理系統(tǒng),，整個(gè)彈孔的檢測(cè)誤差小于一個(gè)像素,。
4 結(jié)束語(yǔ)
文中對(duì)傳統(tǒng)的基于圖像處理技術(shù)的自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)進(jìn)行了分析，針對(duì)其不足之處,，提出了基于點(diǎn)控制的自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng),，采用點(diǎn)控制代替線控制，降低了圖像識(shí)別的難度,，大大減小了圖像預(yù)處理工作,，達(dá)到了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。針對(duì)點(diǎn)控制,，提出了距離加權(quán)平均法來(lái)計(jì)算靶數(shù),，避免了繁雜的圖像幾何矯正工作。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)證明了該方法的可行性,，并且具有較高的報(bào)靶精度,。本系統(tǒng)亦可應(yīng)用于多管平行度測(cè)量的工程中，并可得到很好的結(jié)果,。